可编程控制器的结构与分类

可编程序控制器简称PLC，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的控制器。PLC是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。可编程序控制器能够迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点，它较好地解决了工业控制领域中的安全可靠、灵活方便及经济等问题。可编程控制器实物如图5-1所示。

图5-1　可编程控制器实物图

1.可编程序控制器的功能和应用

（1）开关逻辑和顺序控制，这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。

（2）模拟控制，在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。另外，某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。

（3）定时控制，PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

（4）数据处理，新型PLC它不仅具有算术运算、数据传送的能力，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有的PLC还可以进行浮点运算和函数运算。

（5）通信联网，把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，可完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现自动化工业控制的理想控制器。

2.可编程控制器的分类

（1）按照结构形式分类

通常从组成结构形式上将PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般将一路信号叫作一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照I/O点数的多少，可将PLC分为微型机、小型机、中型机、大型机和超大型机等5种类型。如表5-1所示。

表5-1　按照I/O点数PLC分类

（2）按照功能分类

从功能上将PLC又可分为低档机、中档机、高档机，每一种的特点及应用场合不相同。(www.xing528.com)

低档机：一般以开关量控制为主，用户存储器容量在4KB一下；价格低廉，体积小巧，适用于单机或小规模生产过程的控制；典型的小型机有西门子S7-200系列等。

中档机：输入/输出总点数在256至2000点之间，用户存储器容量为2至64KB；不仅具有开关量和模拟量控制功能，还具有更强的数字计算能力；适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程的过程控制场合；典型的有西门子S7-300系列等。

高档机：用户存储器容量为32KB至几MB；性能与工业计算机相当，具有齐全的中断控制、过程控制、智能控制、远程控制等功能；通信功能十分强大，适合于大规模过程控制、分布式控制系统和工厂自动化网络控制；典型的有西门子S7-400系列等。

（3）可编程控制器的结构

PLC作为一种工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由中央处理器模块、存储器模块、输入输出模块、编程器和电源等几部分构成，如图5-2所示。

图5-2　可编程控制器结构

1）中央处理器（CPU）：中央处理器是PLC的核心部件，主要用来运行用户程序、监控输入/输出接口状态以及进行逻辑判断和数据处理。CPU用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号，然后分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备响应外部设备的请求以及进行各种内部诊断。

2）存储器：可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，只读存储器ROM用以存放系统程序，可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中的。用户程序和中间运算数据存放的随机存储器RAM中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。

3）输入接口电路：由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有利用光电耦合器提高抗干扰能力和利用滤波电路提高抗干扰能力。

4）输出接口电路：根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分为3种，小型继电器输出型、大功率晶体管或场效应管输出型和双向晶闸管输出型

5）电源：PLC的电源是指为CPU、存储器和I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路，交流输入电压范围一般都比较宽，抗干扰能力比较强。电源的直流输电压多为直流5V和直流24V。

6）编程器是PLC的重要外围设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态，现在手持式编程器已逐渐被PC机取代。